專利名稱：滑動(dòng)軸承式電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，具體涉及一種高速精密電主軸的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。
背景技術(shù)：
以高切削速度、高進(jìn)給速度、高加工精度為主要特征的高速加工是當(dāng)代四大先進(jìn)制造技術(shù)之一，是繼數(shù)控技術(shù)之后使制造技術(shù)產(chǎn)生第二次革命性飛躍的一項(xiàng)高新技術(shù)。它不僅具有極高的生產(chǎn)率，而且可顯著地提高零件的加工精度和表面質(zhì)量。高速精密電主軸作為高速數(shù)控加工機(jī)床中的核心功能部件，其性能的高低直接影響到高速加工機(jī)床的整體發(fā)展水平。
高速精密電主軸是一種直接依賴于軸承技術(shù)、精密制造與裝配等技術(shù)的高度機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品。其特點(diǎn)在于，將電機(jī)的功能與機(jī)床主軸功能從結(jié)構(gòu)上融為一體，省去了復(fù)雜的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、可快速起動(dòng)和停車(chē)、易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和精密控制等優(yōu)點(diǎn)。隨著現(xiàn)代裝備，制造業(yè)向高速度、高精度、高效率方向的飛速發(fā)展，對(duì)機(jī)床主軸單元的性能要求越來(lái)越高，電主軸正逐步取代傳統(tǒng)的皮帶傳動(dòng)式機(jī)械主軸，成為現(xiàn)代機(jī)床主軸的主流結(jié)構(gòu)。
高速精密電主軸的軸承包括磁懸浮軸承、空氣軸承、滾動(dòng)軸承和液體滑動(dòng)軸承等。其中，磁懸浮軸承轉(zhuǎn)速高，磨損小，但由于其控制系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)高，其作為機(jī)床主軸的實(shí)用性受到限制?？諝廨S承具有轉(zhuǎn)速高，磨損小，精度高的優(yōu)點(diǎn)，但由于其剛度小，承載能力有限，只能用于微小切削力加工的小功率主軸上。滾動(dòng)軸承是目前機(jī)床主軸的主要支撐結(jié)構(gòu)，具有速度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可批量生產(chǎn)、維修時(shí)可以整體更換等優(yōu)點(diǎn)，但是存在兩個(gè)固有的不足一是由于滾動(dòng)軸承是在接觸狀態(tài)下高頻率旋轉(zhuǎn)工作，不可避免地存在摩擦磨損和疲勞磨損，使用壽命較短，工作一段時(shí)間之后，必須拆開(kāi)主軸進(jìn)行維修；并且由于主軸的維修及裝配要求維修人員的工藝水平很高，維修或更換主軸需要花費(fèi)較多的時(shí)間和成本，降低了機(jī)床的生產(chǎn)作業(yè)效率。二是由于滾動(dòng)軸承是依靠有限個(gè)滾動(dòng)體的剛性接觸提供承載力，在軸承內(nèi)外滾道與滾珠接觸到的地方應(yīng)力很高，而沒(méi)有接觸到的地方應(yīng)力較小，在圓周方向上必然存在著變形不均勻的現(xiàn)象。因此采用滾動(dòng)軸承作為支撐的機(jī)床主軸不適用于對(duì)加工精度和表面光潔度要求非常高的場(chǎng)合，如精密磨床、精密鏜床等。
液體滑動(dòng)軸承由于承載能力強(qiáng)、潤(rùn)滑介質(zhì)具有阻尼減振和“均化”誤差的作用，因此采用液體滑動(dòng)軸承作為支撐的機(jī)床主軸剛性好、回轉(zhuǎn)精度高，非常適合于作為精密機(jī)床如精密磨床和精密鏜床的主軸部件。但是液體滑動(dòng)軸承存在著液體介質(zhì)摩擦損耗高、軸承溫升高等缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致采用液體滑動(dòng)軸承作為支撐的機(jī)床主軸的工作轉(zhuǎn)速較低。同時(shí)，由于采用液體滑動(dòng)軸承的主軸的前后軸承與主軸殼體之間為過(guò)盈連接，常常導(dǎo)致兩種不利情況出現(xiàn)1、如果先安裝軸承再安裝電機(jī)的定子，由于電機(jī)定子外圓徑向尺寸大于軸承內(nèi)孔尺寸，電機(jī)定子不能直接裝入兩軸承之間，只能置于兩軸承之外的主軸的后部，成為電機(jī)后置式主軸，導(dǎo)致主軸軸向尺寸過(guò)大，使主軸前端的剛性變差；2、如果要將電機(jī)定子裝入兩軸承之間，安裝時(shí)必須先將電機(jī)定子裝入殼體后再將后軸承裝入殼體后部，當(dāng)電機(jī)定子需要維修更換時(shí)，必須將與殼體過(guò)盈連接的后軸承先取出，才能取出電機(jī)定子，由于電機(jī)定子與殼體的過(guò)盈連接通常為“套死”的不再拆分的結(jié)構(gòu)，實(shí)施拆卸非常困難。
采用液體滑動(dòng)軸承作為支撐的電主軸由于存在上述缺陷，導(dǎo)致其目前未能在機(jī)床上得到充分應(yīng)用，未能實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)軸承式電主軸作為單元功能部件的大批量生產(chǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)合理、裝配維修工藝性好、主軸剛性好、可以實(shí)現(xiàn)高速化、精密化的滑動(dòng)軸承式電主軸。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是它包括主軸、電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、前軸承、后軸承和殼體，前、后軸承支承于主軸兩端，其特征在于所述前軸承和后軸承為滑動(dòng)軸承，在前軸承與主軸之間設(shè)置有前浮環(huán)，后軸承與主軸之間設(shè)置有后浮環(huán)，電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子置于前軸承和后軸承之間，電機(jī)定子的電纜通過(guò)殼體上的孔穿出至外部。
作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的殼體由前軸承座和后軸承座組合而成，兩者通過(guò)緊固件緊固連接。
所述的前軸承置于前軸承座的前端，并通過(guò)該軸承前端設(shè)置的作軸向定位的凸緣定位，電機(jī)定子置于前軸承座的后端，后軸承置于后軸承座中，并通過(guò)該軸承后端設(shè)置的作軸向定位的凸緣定位，在電機(jī)定子后端設(shè)置有電機(jī)定子定位環(huán)，該電機(jī)定子定位環(huán)通過(guò)緊固件與電機(jī)定子和前軸承座緊固，所述的前浮環(huán)的前端設(shè)有一作軸向限位的凸緣，后浮環(huán)的后端設(shè)有作軸向限位的凸緣，在前軸承座的前端設(shè)置有前端蓋，前端蓋與前軸承之間設(shè)有前浮環(huán)止推調(diào)整墊，所述的前浮環(huán)止推調(diào)整墊套設(shè)于前浮環(huán)凸緣外圓周外，前端蓋和前浮環(huán)止推調(diào)整墊緊固于前軸承座上；所述的后浮環(huán)后端設(shè)有固定環(huán)，在后軸承與固定環(huán)之間設(shè)有后浮環(huán)止推調(diào)整墊，所述的后浮環(huán)止推調(diào)整墊套設(shè)于后浮環(huán)凸緣外圓周外，在固定環(huán)后端設(shè)有主軸止推環(huán)，所述主軸止推環(huán)通過(guò)鎖緊螺母固定于主軸上，在后軸承座的后端設(shè)置有與后軸承座緊固連接的后端蓋，后端蓋與固定環(huán)之間設(shè)有主軸止推環(huán)調(diào)整墊，所述主軸止推環(huán)調(diào)整墊套設(shè)于主軸止推環(huán)的外圓周外。
本實(shí)用新型的滑動(dòng)軸承式電主軸，采用滑動(dòng)軸承支承主軸，并在滑動(dòng)軸承與主軸之間設(shè)置浮環(huán)，形成浮環(huán)式滑動(dòng)軸承，主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，浮環(huán)的內(nèi)環(huán)面與主軸外圓面之間、浮環(huán)的外環(huán)面與軸承軸瓦之間都充滿有潤(rùn)滑介質(zhì)，浮環(huán)在主軸帶動(dòng)的潤(rùn)滑介質(zhì)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。主軸的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)速度是主軸相對(duì)于圓環(huán)的旋轉(zhuǎn)速度和圓環(huán)相對(duì)于軸瓦的旋轉(zhuǎn)速度之和，因此在同樣的絕對(duì)轉(zhuǎn)速條件下，浮環(huán)式滑動(dòng)軸承內(nèi)外油膜的速度明顯低于沒(méi)有采用浮環(huán)的傳統(tǒng)滑動(dòng)軸承中的油膜的速度。由于速度減小導(dǎo)致摩擦損耗減少，溫升自然降低。換句話說(shuō)，在同樣的溫升條件下，采用浮環(huán)式主軸可以實(shí)現(xiàn)更高的工作轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)主軸高速化。而且，由于傳統(tǒng)的單個(gè)滑動(dòng)軸承變成了由浮環(huán)和滑動(dòng)軸承組成的組合式軸承，可以拆分安裝，方便了軸承及主軸和電機(jī)定子的裝配拆卸。
本實(shí)用新型可將殼體做成拆分式結(jié)構(gòu)，分為可拆卸的前、后軸承座，可更方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子置于兩個(gè)滑動(dòng)軸承之間的電主軸結(jié)構(gòu)，使電機(jī)定子的安裝、定位和拆卸維修方便，裝配維修工藝性好，結(jié)構(gòu)合理，主軸剛性好。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中各標(biāo)號(hào)表示1、前端蓋2、前浮環(huán)止推調(diào)整墊3、前浮環(huán)31、凸緣4、前軸承41、凸緣5、殼體 51、前軸承座52、后軸承座 6、主軸7、電機(jī)定子 8、電機(jī)轉(zhuǎn)子9、電機(jī)定子定位環(huán)11、后軸承111、凸緣12、后浮環(huán)121、凸緣13、后浮環(huán)止推調(diào)整墊14、固定環(huán) 15、主軸止推環(huán)16、鎖緊螺母 17、主軸止推環(huán)調(diào)整墊18、后端蓋 19、電纜具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型的滑動(dòng)軸承式電主軸，包括主軸6、電機(jī)定子7、電機(jī)轉(zhuǎn)子8、前軸承4、后軸承11和殼體5，前、后軸承4、11支承于主軸6兩端，前軸承4和后軸承11為滑動(dòng)軸承，在前軸承4與主軸6之間設(shè)置有前浮環(huán)3，后軸承11與主軸6之間設(shè)置有后浮環(huán)12，形成浮環(huán)式滑動(dòng)軸承，電機(jī)定子7和電機(jī)轉(zhuǎn)子8置于前軸承4和后軸承11之間，電機(jī)定子7的電纜19從殼體5穿出至殼體5外部。前、后浮環(huán)3、12的內(nèi)環(huán)面與主軸6外圓面之間、前、后浮環(huán)3、12的外環(huán)面與前、后軸承4、11軸瓦之間都充滿有潤(rùn)滑介質(zhì)，主軸6旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)主軸6與前、后浮環(huán)3、12之間的液體介質(zhì)旋轉(zhuǎn)，液體介質(zhì)帶動(dòng)前、后浮環(huán)3、12旋轉(zhuǎn)，前、后浮環(huán)3、12帶動(dòng)浮環(huán)3、12與前、后軸承4、11之間的液體介質(zhì)旋轉(zhuǎn)。主軸6與前、后浮環(huán)3、12之間形成相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。主軸6的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)速度是主軸6相對(duì)于前、后浮環(huán)3、12的旋轉(zhuǎn)速度和前、后浮環(huán)3、12相對(duì)于前、后軸承4、11軸瓦的旋轉(zhuǎn)速度之和，因此在同樣的絕對(duì)轉(zhuǎn)速條件下，浮環(huán)式滑動(dòng)軸承內(nèi)外油膜的速度明顯低于沒(méi)有采用浮環(huán)的傳統(tǒng)滑動(dòng)軸承中的油膜的速度。由于速度減小導(dǎo)致摩擦損耗減少，溫升自然降低。換句話說(shuō)，在同樣的溫升條件下，采用浮環(huán)式主軸可以實(shí)現(xiàn)更高的工作轉(zhuǎn)速。
本實(shí)用新型的殼體5由前軸承座51和后軸承座52組合而成，兩者通過(guò)緊固件緊固連接。后軸承座52與后軸承11為過(guò)盈連接，如果需要將電機(jī)定子8從殼體5取出時(shí)，可以先把后軸承座52與后軸承11整體取出，可方便地進(jìn)行拆分安裝，解決了整體式殼體存在電機(jī)定子裝不進(jìn)或裝進(jìn)去后難以拆出、而如果電機(jī)定子置于兩軸承之外的主軸后部又會(huì)導(dǎo)致主軸軸向尺寸過(guò)大且主軸前端剛性變差的問(wèn)題。前軸承4置于前軸承座51的前端，并通過(guò)該軸承前端設(shè)置的作軸向定位的凸緣41定位，電機(jī)定子7置于前軸承座51的后端，后軸承11置于后軸承座52中，并通過(guò)該軸承后端設(shè)置的作軸向定位的凸緣111定位，在電機(jī)定子7后端設(shè)置有電機(jī)定子定位環(huán)9，該電機(jī)定子定位環(huán)9通過(guò)緊固件與電機(jī)定子7和前軸承座51緊固，對(duì)電機(jī)定子7起軸向定位作用，同時(shí)防止電機(jī)定子7在圓周方向的電磁扭矩作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。前浮環(huán)3的前端設(shè)有一作軸向限位的凸緣31，后浮環(huán)12的后端設(shè)有作軸向限位的凸緣121，凸緣31、121分別限制前浮環(huán)3、后浮環(huán)12的軸向運(yùn)動(dòng)。在前軸承座51的前端設(shè)置有前端蓋1，前端蓋1與前軸承4之間設(shè)有前浮環(huán)止推調(diào)整墊2，前浮環(huán)止推調(diào)整墊2套設(shè)于前浮環(huán)的凸緣31外圓周外，前端蓋1和前浮環(huán)止推調(diào)整墊2緊固于前軸承座51上；后浮環(huán)12后端設(shè)有固定環(huán)14，在后軸承11與固定環(huán)14之間設(shè)有后浮環(huán)止推調(diào)整墊13，后浮環(huán)止推調(diào)整墊13套設(shè)于后浮環(huán)的凸緣121外圓周外，在固定環(huán)14后端設(shè)有主軸止推環(huán)15，主軸止推環(huán)15通過(guò)鎖緊螺母16固定于主軸6上，安裝時(shí)，由于主軸6采用主軸止推環(huán)15作為軸肩，在安裝電機(jī)轉(zhuǎn)子8等軸上零件之前，電機(jī)轉(zhuǎn)子8可以非常方便地從主軸6后端套入。在后軸承座52的后端設(shè)置有與后軸承座52緊固連接的后端蓋18，后端蓋18與固定環(huán)14之間設(shè)有主軸止推環(huán)調(diào)整墊17，該主軸止推環(huán)調(diào)整墊17套設(shè)于主軸止推環(huán)15的外圓周外?？赏ㄟ^(guò)磨削加工改變前浮環(huán)止推調(diào)整墊2、后浮環(huán)止推調(diào)整墊13和主軸止推環(huán)調(diào)整墊17的厚度，分別為前浮環(huán)3作軸向限位的凸緣31、后浮環(huán)12作軸向限位的凸緣121和主軸止推環(huán)15的兩側(cè)提供適當(dāng)?shù)拈g隙。
權(quán)利要求1.一種滑動(dòng)軸承式電主軸，包括主軸(6)、電機(jī)定子(7)、電機(jī)轉(zhuǎn)子(8)、前軸承(4)、后軸承(11)和殼體(5)，前、后軸承(4)、(11)支承于主軸(6)兩端，其特征在于所述前軸承(4)和后軸承(11)為滑動(dòng)軸承，在前軸承(4)與主軸(6)之間設(shè)置有前浮環(huán)(3)，后軸承(11)與主軸(6)之間設(shè)置有后浮環(huán)(12)，電機(jī)定子(7)和電機(jī)轉(zhuǎn)子(8)置于前軸承(4)和后軸承(11)之間，電機(jī)定子(7)的電纜(19)從殼體(5)穿出至外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動(dòng)軸承式電主軸，其特征在于所述的殼體(5)由前軸承座(51)和后軸承座(52)組合而成，兩者通過(guò)緊固件緊固連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滑動(dòng)軸承式電主軸，其特征在于所述的前軸承(4)置于前軸承座(51)的前端，并通過(guò)該軸承前端設(shè)置的作軸向定位的凸緣(41)定位，電機(jī)定子(7)置于前軸承座(51)的后端，后軸承(11)置于后軸承座(52)中，并通過(guò)該軸承后端設(shè)置的作軸向定位的凸緣(111)定位，在電機(jī)定子(7)后端設(shè)置有電機(jī)定子定位環(huán)(9)，該電機(jī)定子定位環(huán)(9)通過(guò)緊固件與電機(jī)定子(7)和前軸承座(51)緊固，所述的前浮環(huán)(3)的前端設(shè)有一作軸向限位的凸緣(31)，后浮環(huán)(12)的后端設(shè)有作軸向限位的凸緣(121)，在前軸承座(51)的前端設(shè)置有前端蓋(1)，前端蓋(1)與前軸承(4)之間設(shè)有前浮環(huán)止推調(diào)整墊(2)，所述的前浮環(huán)止推調(diào)整墊(2)套設(shè)于前浮環(huán)凸緣(31)外圓周外，前端蓋(1)和前浮環(huán)止推調(diào)整墊(2)緊固于前軸承座(51)上；所述的后浮環(huán)(12)后端設(shè)有固定環(huán)(14)，在后軸承(11)與固定環(huán)(14)之間設(shè)有后浮環(huán)止推調(diào)整墊(13)，所述的后浮環(huán)止推調(diào)整墊(13)套設(shè)于后浮環(huán)凸緣(121)外圓周外，在固定環(huán)(14)后端設(shè)有主軸止推環(huán)(15)，所述主軸止推環(huán)(15)通過(guò)鎖緊螺母(16)固定于主軸(6)上，在后軸承座(52)的后端設(shè)置有與后軸承座(52)緊固連接的后端蓋(18)，后端蓋(18)與固定環(huán)(14)之間設(shè)有主軸止推環(huán)調(diào)整墊(17)，所述主軸止推環(huán)調(diào)整墊(17)套設(shè)于主軸止推環(huán)(15)的外圓周外。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種滑動(dòng)軸承式電主軸，旨在提供一種結(jié)構(gòu)合理、裝配維修工藝性好、主軸剛性好、可以實(shí)現(xiàn)高速化、精密化的高速精密滑動(dòng)軸承式電主軸。它包括主軸(6)、電機(jī)定子(7)、電機(jī)轉(zhuǎn)子(8)、前、后軸承(4)、(11)和殼體(5)，前、后軸承(4)、(11)支承于主軸(6)兩端，其特征在于所述前軸承(4)和后軸承(11)為滑動(dòng)軸承，在前軸承(4)與主軸(6)之間設(shè)置前浮環(huán)(3)，后軸承(11)與主軸(6)之間設(shè)置后浮環(huán)(12)，電機(jī)定子(7)和電機(jī)轉(zhuǎn)子(8)置于前軸承(4)和后軸承(11)之間，電機(jī)定子(7)的電纜(19)從殼體(5)穿出外部。本實(shí)用新型主要用作高速精密加工機(jī)床中。
文檔編號(hào)H02K7/00GK2715417SQ20042006839
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月11日
發(fā)明者熊萬(wàn)里, 鄧新春 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)